PROGRAMACIÓN

ORIENTADA A OBJETOS

Técnicas Fundamentales de Simulación,

Reconstrucción y Análisis de Datos en

Física Experimental de Partículas

Isidro González Caballero (Universidad de Oviedo)

Valencia, 07-11/05/2012

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Introducción

Los problemas suelen tener varias soluciones posibles.

En programación existen diversas metodologías que nos ayudan a

enfrentar un problema.

Cada metodología tiene diversos lenguajes que las soportan.

Algunos lenguajes soportan varias metodologías.

Metodología Lenguaje

Estructurada Fortran, C, Pascal, Basic

Orientada a objetos (OOP) C++, Java, Smalltalk

Orientada a eventos VisualBasic

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Programación Orientada a Objetos

Definición:

La Programación Orientada a Objetos (OOP) es un método de

programación en el cual los programas se organizan en colecciones

cooperativas de objetos, cada uno de los cuales representa una

instancia de alguna clase, y cuyas clases son, todas ellas, miembros

de una jerarquía de clases unidas mediante relaciones de

herencia.

Comentarios:

Usamos objetos en lugar de algoritmos como bloque fundamental

Cada objeto es una instancia de una clase

Las clases están relacionadas entre sí por relaciones tan complejas como la

herencia

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Ventajas de la POO

Proximidad de los conceptos modelados respecto a objetos del mundo real

Facilita la reutilización de código

Y por tanto el mantenimiento del mismo

Se pueden usar conceptos comunes durante las fases de análisis, diseño e implementación

Disipa las barreras entre el qué y el cómo

Muy adecuado para el desarrollo de

software en grandes colaboraciones

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Desventajas de la POO

Mayor complejidad a la hora de entender el flujo de

datos

Pérdida de linealidad

Requiere de un lenguaje de modelización de

problemas más elaborado:

Unified Modelling Language (UML)

Representaciones gráficas más complicadas

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Conceptos de la OOP

Conceptos básicos

Objeto

Clase

Características de la OOP

Abstracción:

Encapsulamiento:

Modularidad:

Jerarquía

Otros conceptos OOP

Tipos

Persistencia

Tipos de relaciones

Asociación

Herencia

Agregación

Instanciación

Representaciones gráficas

Diagramas estáticos (de clases, de objetos...)

Diagramas dinámicos (de interacción...)

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Objeto y Clase

Un objeto es algo de lo que hablamos y que podemos manipular

Existen en el mundo real (o en

nuestro entendimiento del

mismo)

Una clase describe los objetos del mismo tipo

Todos los objetos son instancias

de una clase

Describe las propiedades y el

comportamiento de un tipo de

objetos

Clase

Atributos

Operaciones

Objeto:Clase

Atributo1=valor Atributo2=valor ...

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Conceptos OOP: Abstracción

Nos permite trabajar con la complejidad del mundo real

Resaltando los aspectos relevantes de los objetos de una clase

Ocultando los detalles particulares de cada objeto

Separaremos el comportamiento de la implementación

Es más importante saber qué se hace en lugar de cómo se hace: Un sensor de temperatura

Se define porque... mide la temperatura nos muestra su valor se puede calibrar...

No sabemos... (no nos importa) cómo mide la temperatura de qué está hecho cómo se calibra

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Conceptos OOP: Abstracción

La abstracción no es única:

Un coche puede ser...

Una cosa con ruedas, motor, volante y

pedales (conductor)

Algo capaz de transportar personas (taxista)

Una caja que se mueve (simulador de tráfico)

Conjunto de piezas (fabricante)

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Conceptos OOP: Encapsulamiento

Ninguna parte de un sistema complejo debe depender

de los detalles internos de otra.

Complementa a la abstracción

Se consigue:

Separando la interfaz de su implementación

Ocultando la información interna de un objeto

Escondiendo la estructura e implementación de los métodos

(algoritmos).

Exponiendo solo la forma de interactuar con el objeto

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Conceptos OOP: Encapsulamiento

Vemos que se puede...

Construir con:

4 puntos (y restricciones)

1 punto y 2 vectores

1 punto, 1 vector, 1 ángulo y 1 lado

Transformaciones:

Escalado

Rotación

Desplazamiento

Dibujar

No vemos...

Como está representado internamente

4 puntos?

1 punto y 2 vectores?

...

Como se modifica su escala

Guardando el factor?

Escalando en el momento?

Idem para rotación, traslación, etc...

Ejemplo: Un paralelogramo

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Conceptos OOP: Modularidad

Consiste en separar el sistema en bloques poco ligados entre sí:

módulos.

Organización del código

Es una especie de encapsulamiento de más alto nivel.

El C++ no lo impone aunque lo soporta (namespace)

El Java es más formal (packages)

Difícil pero muy importante en sistemas grandes.

Suele aplicarse refinando el sistema en sucesivas iteraciones

Cada módulo debe definir una interfaz clara

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Conceptos OOP: Modularidad

Ejemplo: Simulación detector de AAEE

Puede dividirse en los siguientes módulos...

1. Geometría: Describe el detector físicamente (forma, materiales, tamaño)

2. Partículas: Las partículas cuyas interacciones nos interesan

3. Procesos: Aquí enlazamos la información del detector (materia) con las propiedades de las partículas.

4. ...

Podríamos dividir el módulo de procesos en procesos electromagnéticos, procesos hadrónicos, ...

Lo mismo podríamos hacerlo con las partículas: leptones, hadrones, ...

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Relaciones

Están presentes en cualquier sistema

Definen como se producen los intercambios de información (esencialmente datos)

También ayudan a comprender las propiedades de unas clases a partir de las propiedades de otras

Existen 4 tipos de relaciones:

Asociación

Herencia

Agregación

Instanciación

La más característica

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Relación de Herencia

¡Relación característica de la OOP!

Puede expresar tanto especialización como generalización

Evita definir repetidas veces las características comunes a varias clases

Una de las clases comparte la estructura y/o el comportamiento de otra(s) clase(s).

También se denomina relación “es un/a” (is a)

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Relación de Herencia (vocabulario)

Clase base o superclase: clase de la cual se hereda

Clase derivada o subclase: clase que hereda

Herencia simple: Hereda de una sola clase

Herencia múltiple: Hereda de varias clases

Java solo la soporta parcialmente

Presenta diversos problemas (¿qué hacer cuando se hereda más de una vez de la misma clase?)

Clase abstracta: La que no lleva, ni puede llevar, ningún objeto asociado

Polimorfismo: Posibilidad de usar indistintamente todos los objetos de un clase y derivadas.

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Relación de Herencia (ejemplo)

Figura plana

Triángulo

Rectángulo

Equilátero

Escaleno

Isósceles

Cuadrado

Polimorfismo

Clase abstracta

Superclase Subclase

Herencia simple

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Relación de Agregación

Una clase contiene a otra clase

Ésta “es parte de” aquélla.

También se denomina relación “es parte de” (has a)

Una clase puede contener a otra:

Por valor: Cuando los objetos de la clase contenida se crean y destruyen al mismo tiempo que los de la clase continente

Por referencia: Cuando no necesariamente ocurre lo anterior

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Relación de Agregación

Un coche está hecho de

Volante

Palanca de cambio

Motor

Ruedas

Ruedas

Volante

Marchas

Motor

Coche

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Relación de Instanciación

En determinados casos una clase (p.ej. un vector)

puede implementarse independientemente del tipo

(real, complejo, color...) de alguno de sus atributos:

Definimos una clase

parametrizada o template

(plantilla)

Para cada uno de los tipos

que necesitemos

definimos una nueva

clase Instanciación

Tipo

Vector

VectorEnteros

<int>

VectorColores

<Color>

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Representaciones gráficas

Nos sirven para comunicarnos con otros usuarios o desarrolladores.

Documentan nuestro sistema

Hay múltiples vistas y tipos de diagramas:

Estáticos

Diagramas de clases Los de los ejemplos

Diagramas de objetos

...

Dinámicos:

Diagramas de estado: Muestra el ciclo de vida de los objetos, sistemas, etc...

Diagramas secuenciales: Muestra como los objetos interaccionan entre ellos

...

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Diagrama de estado: Un ascensor

En el primer piso

Subiendo

Bajando al primer piso

Bajando Parado

subir

llegué

llegué subir

bajar

time-out

llegué

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Diagrama secuencial: Impresión

Ordenador Impresora Cola Servidor

Imprime (fichero)

Imprime (fichero)

[impr. Libre]

Almacena (fichero)

[impr. ocupada]

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Back - up

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Conceptos POO: Jerarquía

Es una clasificación u ordenamiento de las abstracciones

Hay dos jerarquías fundamentales:

Estructura de clases:

Jerarquía “es un/a”

Relaciones de herencia

Estructura de objetos:

Jerarquía “parte de”

Relaciones de agregación

Está implementada de manera genérica en la estructura de clases

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Conceptos OOP: Jerarquía

Una figura plana es:

Algo con una posición en el plano

Escalable

Rotable

Un gráfico es algo que se puede

dibujar en 2D

Un diagrama es un conjunto de

cuadrados y círculos

Herencia simple

Un cuadrado es una figura

Un círculo es una figura

Herencia múltiple

es una figura

es un gráfico

Agregación

Ejemplo: Figuras planas y diagramas

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Conceptos OOP: Tipo

Es el reforzamiento del concepto de clase

Objetos de tipo diferente no pueden ser

intercambiados

El C++ y el Java son lenguajes fuertemente “tipeados”

Ayuda a corregir errores en tiempo de compilación

Mejor que en tiempo de ejecución

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Conceptos OOP: Persistencia

Propiedad de un objeto de trascender en el tiempo y en el espacio

a su creador (programa que lo generó)

No se trata de almacenar sólo el estado de un objeto sino toda la

clase (incluido su comportamiento)

No está directamente soportado por el C++

Existen librerías y sistemas completos (OODBMS) que facilitan la tarea

Frameworks (entornos) como ROOT lo soportan parcialmente (reflex)

El concepto de serialización del Java está directamente relacionado

con la persistencia

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Relación de Asociación

Relación más general

Denota una dependencia semántica

Es bidireccional

Primer paso para determinar una relación más compleja

Ejemplo: Relación entre un producto y una venta. Cualquier venta está asociada a un producto, pero no es, ni forma parte de, ni posee ningún producto… al menos en una primera aproximación.

Cardinalidad: multiplicidad a cada lado

Uno a uno: Venta-Transacción

Uno a muchos: Producto-Venta

Muchos a muchos: Comprador-Vendedor

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